ch18先进制造技术303358.pptx

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1、第十八章第十八章 先进制造技术先进制造技术第一节 柔性自动化加工技术第二节 现代集成制造系统第三节 快速原型制造技术第四节 先进制造模式第十八章第十八章 先进制造技术先进制造技术 现代科学技术的发展与交叉融合，不仅给制造技术现代科学技术的发展与交叉融合，不仅给制造技术提出了新的要求，也给制造技术提供了强大的支持。提出了新的要求，也给制造技术提供了强大的支持。因此，近年来涌现出了许多先进制造技术，主要分为因此，近年来涌现出了许多先进制造技术，主要分为现代设计技术、先进制造工艺技术、柔性自动化制造现代设计技术、先进制造工艺技术、柔性自动化制造技术、系统管理技术四大研究领域。由于教材篇幅所技术、系统

2、管理技术四大研究领域。由于教材篇幅所限，此处不能一一介绍。根据先进制造技术的发展趋限，此处不能一一介绍。根据先进制造技术的发展趋势，结合我国国情，本章将扼要介绍柔性自动化加工势，结合我国国情，本章将扼要介绍柔性自动化加工技术、现代集成制造系统、快速原型制造技术和先进技术、现代集成制造系统、快速原型制造技术和先进制造模式四方面的内容。制造模式四方面的内容。第一节第一节 柔性自动化加工技术柔性自动化加工技术 制造自制造自动动化是制造化是制造业发业发展的展的标标志志，通常将通常将制造自动化的发展分为五个阶段制造自动化的发展分为五个阶段。从早期的满从早期的满足大批大量生产要求的刚性自动化，发展到以足大

3、批大量生产要求的刚性自动化，发展到以计算机数控为基础的柔性自动化，依靠了许多计算机数控为基础的柔性自动化，依靠了许多基础单元技术、系统集成技术及其相关装备的基础单元技术、系统集成技术及其相关装备的长足发展。其中，计算机数字控制技术长足发展。其中，计算机数字控制技术（CNC）、分布式数字控制技术（）、分布式数字控制技术（DNC）、柔）、柔性制造系统（性制造系统（FMS）等的发展，已能较好地解）等的发展，已能较好地解决多品种、中小批量的自动化加工问题。决多品种、中小批量的自动化加工问题。图图18-1 18-1 制造自动化发展的五个阶段制造自动化发展的五个阶段 一、数控加工技术数控机床集传统的机械制

4、造技术、计算机技术、数控机床集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技术的基础。它的广泛使用一体，是现代制造技术的基础。它的广泛使用给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化。数控机床是制造业实现构带来了深刻的变化。数控机床是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是关系自动化、柔性化、集成化生产的基础，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基到国家战略地位

5、和体现国家综合国力的重要基础性产业，其水平的高低及拥有量是衡量一个础性产业，其水平的高低及拥有量是衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。国家工业现代化水平的重要标志。数控机床的特点如下：数控机床的特点如下：（1）加工精度高、加工质量稳定）加工精度高、加工质量稳定（2）加工生产率高）加工生产率高（3）减轻劳动强度、改善劳动条件）减轻劳动强度、改善劳动条件（4）实应性强、经济效益好）实应性强、经济效益好（5）有利于生产管理的现代化）有利于生产管理的现代化 从经济角度出发，数控机床适用于加工：从经济角度出发，数控机床适用于加工：1）多品种小批量零件；）多品种小批量零件；2）结构较复杂，精度要求较高的

6、零件；）结构较复杂，精度要求较高的零件；3）需要频繁改型的零件；）需要频繁改型的零件；4）价格昂贵，不允许报废的关键零件；）价格昂贵，不允许报废的关键零件；5）需要最小生产周期的急需零件。）需要最小生产周期的急需零件。二二、计算机数控（计算机数控（CNC）系统）系统1、CNC系统的基本原理系统的基本原理 2、CNC系统的核心系统的核心 3、CNC机床机床 CNC系统是一个位置控制系统，其主系统是一个位置控制系统，其主要任务是根据加工程序及相关数据，进要任务是根据加工程序及相关数据，进行刀具与工件的相对运动控制，完成零行刀具与工件的相对运动控制，完成零件的自动加工。件的自动加工。三、柔性制造系统

7、三、柔性制造系统柔性制造系统柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）源于机械加工领域，）源于机械加工领域，其兼顾了生产效率和柔性这对其兼顾了生产效率和柔性这对矛盾，矛盾，因此具有因此具有强大的生命力。强大的生命力。FMS是数控加工设备、物料运是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的柔性自动化制储装置和计算机控制系统组成的柔性自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中等批量生产。所谓柔性就是通过于多品种、中等批

8、量生产。所谓柔性就是通过编程或稍加调整就可同时加工不同的工件。编程或稍加调整就可同时加工不同的工件。图图18-2 FMS18-2 FMS的基本组成的基本组成 2自动加工系统自动加工系统加工系统主要由数控机床、加工中心等加工系统主要由数控机床、加工中心等加工设备；工件清洗、在线检测等辅助加工设备；工件清洗、在线检测等辅助设备构成。加工设备在工件、刀具和控设备构成。加工设备在工件、刀具和控制三个方面都具有可与其它子系统相连制三个方面都具有可与其它子系统相连接的标准接口。加工系统的性能直接影接的标准接口。加工系统的性能直接影响着响着FMS的性能，加工系统也是的性能，加工系统也是FMS中中耗资最多的部

9、分，因此恰当地配置和选耗资最多的部分，因此恰当地配置和选用加工系统是用加工系统是FMS成功与否的关键成功与否的关键。3物流系统物流系统在在FMS中流动的物料主要包括工件、刀中流动的物料主要包括工件、刀具、夹具、切屑及切削液。物流系统是具、夹具、切屑及切削液。物流系统是FMS从进口到出口，实现对上述物料自从进口到出口，实现对上述物料自动识别、存储、分配、输送、交换和管动识别、存储、分配、输送、交换和管理的系统。由于工件和刀具的流动频率理的系统。由于工件和刀具的流动频率较高，故较高，故FMS的物流系统主要由工件流的物流系统主要由工件流系统和刀具流系统两部分组成。系统和刀具流系统两部分组成。图图18

10、-3 18-3 两种托盘交换器两种托盘交换器 第二节第二节 现代集成制造系统现代集成制造系统CIMS 信信息息化化是是制制造造业业发发展展的的重重要要手手段段。随随着着计计算算机机技技术术、自自动动化化技技术术、科科学学管管理理技技术术、网网络络技技术术等等的的发发展展，全全球球市市场场、全全球球制制造造的的逐逐步步形形成成，制制造造业业信信息息化化、制制造造系系统统集集成成化化技技术术也也有有了了更更加加广广度度和和深深度度的的发发展展，并并由由此此形形成成了了现现代代集集成成制制造系造系统统。1计算机集成制造 图图18-4 CIMS18-4 CIMS轮图（轮图（19851985年年SMES

11、ME发表）发表）图图18-5 CIMS18-5 CIMS轮图（轮图（19931993年年SMESME发表）发表）2、现代集成制造系统、现代集成制造系统1998年，我国年，我国863计划计划/CIMS主题专家组根据全主题专家组根据全球制造业的发展趋势和中国国情，提出了现代集球制造业的发展趋势和中国国情，提出了现代集成制造系统（成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS）的概念及其）的概念及其相关论点。现代集成制造系统是一种基于计算机相关论点。现代集成制造系统是一种基于计算机集成制造理念的、数字化、信息化、智能化、绿集成制造理念

12、的、数字化、信息化、智能化、绿色化、集成化的综合制造系统，是利用现代信息色化、集成化的综合制造系统，是利用现代信息技术、现代管理技术与制造技术，在全球的制造技术、现代管理技术与制造技术，在全球的制造环境范围内，将产品生命周期各阶段与企业内外环境范围内，将产品生命周期各阶段与企业内外部相关的活动和资源集成起来，力争使企业的运部相关的活动和资源集成起来，力争使企业的运行相对于优化达到其理想运行状态。行相对于优化达到其理想运行状态。图图18-6 18-6 现代集成制造系统现代集成制造系统 第三节第三节 快速原型制造技术快速原型制造技术随随着着全全球球市市场场一一体体化化的的形形成成，制制造造业业的的

13、竞竞争争十十分分激激烈烈，产产品品的的开开发发速速度度日日益益成成为为竞竞争争的的主主要要矛矛盾盾。在在这这种种情情况况下下，自自主主快快速速产产品品开开发发（快快速速设设计计和和快快速速工工模模具具）的的能能力力成成为为制制造造业业全全球球竞竞争争的的实实力力基基础础。同同时时，制制造造业业为为满满足足日日益益变变化化的的用用户户需需求求，又又要要求求制制造造技技术术有有较较强强的的灵灵活活性性，能能够够以以小小批批量量甚甚至至单单件件生生产产而而不不增增加加产产品品的的成成本本。因因此此，产产品品开开发发的的速速度度和和制制造造技技术术的的柔性就变得十分关键了。柔性就变得十分关键了。快速原

14、型制造技术（快速原型制造技术（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）就是在这种社会背景下，于）就是在这种社会背景下，于80年年代后期产生于美国并很快扩展到日本及代后期产生于美国并很快扩展到日本及欧洲，是近年来制造技术领域的一项重欧洲，是近年来制造技术领域的一项重大突破。大突破。一、快速原型制造技术的原理 图图18-7 RPM18-7 RPM技术原理技术原理 二、二、RPM技术的典型工艺方法技术的典型工艺方法RPM技技术术的的具具体体工工艺艺有有30余余种种，根根据据采采用用材材料料及及对对材材料料处处理理方方式式的的区区别别，可可归归纳纳为以下为以下4类方法。

15、类方法。1选择性液体固化选择性液体固化2 2选择性层片粘接选择性层片粘接 3 3选择性粉末熔结粘接选择性粉末熔结粘接 4 4挤压成形挤压成形 图图18-9 18-9 分层实体制造工艺原理图分层实体制造工艺原理图 图图18-10 18-10 选择性激光烧结原理图选择性激光烧结原理图 图图18-11 18-11 熔融挤压成形方法熔融挤压成形方法 三、三、RPM的应用的应用RPM在国民经济极为广阔的领域得到了在国民经济极为广阔的领域得到了应用，并且还在向新的领域发展，除在应用，并且还在向新的领域发展，除在制造业得到应用外，在医学、康复、考制造业得到应用外，在医学、康复、考古工程、建筑工程等领域均有应

16、用。古工程、建筑工程等领域均有应用。第四节第四节 先进制造模式先进制造模式生产管理是制造业发展的杠杆。世界制造业的生产管理是制造业发展的杠杆。世界制造业的发展经历了少品种小批量生产、少品种大批量发展经历了少品种小批量生产、少品种大批量 生产和多品种小批量生产模式的变化，先后出生产和多品种小批量生产模式的变化，先后出现了物料需求计划（现了物料需求计划（Material Requirements Planning，MRP）、准时制）、准时制（Just in Time，JIT）生产、精益生产、敏）生产、精益生产、敏捷制造、绿色制造（捷制造、绿色制造（Green Manufacturing，GM）等科

17、学的生产管理理念与制造模式。）等科学的生产管理理念与制造模式。一、敏捷制造一、敏捷制造敏捷制造（敏捷制造（Agile Manufacturing，AM）是）是美国通用汽车公司和里海大学美国通用汽车公司和里海大学1991年提出的年提出的一种新型生产模式，其应用一种新型生产模式，其应用“竞争合作一协竞争合作一协同同”机制，使制造系统在满足低成本和高质量机制，使制造系统在满足低成本和高质量的同时，对变幻莫测的市场需求做出快速反映。的同时，对变幻莫测的市场需求做出快速反映。敏捷制造企业通过采用现代通信技术，以敏捷、敏捷制造企业通过采用现代通信技术，以敏捷、动态、优化的形式，组织新产品开发，通过动动态、

18、优化的形式，组织新产品开发，通过动态联盟、先进生产技术和高素质员工的全面集态联盟、先进生产技术和高素质员工的全面集成，快速响应客户需求，及时将开发的新产品成，快速响应客户需求，及时将开发的新产品投放市场，提高企业的竞争能力，从而赢得竞投放市场，提高企业的竞争能力，从而赢得竞争的优势。争的优势。二、精益生产二、精益生产美国曾以福特方法（即用于汽车生产的美国曾以福特方法（即用于汽车生产的流水线技术）赢得了全世界制造技术的流水线技术）赢得了全世界制造技术的优势，但是，这种优势因当今市场需求优势，但是，这种优势因当今市场需求的发生变化而逐渐丧失，而日本的绝大的发生变化而逐渐丧失，而日本的绝大多数企业在

19、借鉴福特方法的基础上，不多数企业在借鉴福特方法的基础上，不断更新技术和改进管理，适应了不断变断更新技术和改进管理，适应了不断变化着的市场需求，创造出了一种化着的市场需求，创造出了一种“全企全企业的灵活的生产系统业的灵活的生产系统”。三、绿色制造三、绿色制造绿色制造也称环境意识制造绿色制造也称环境意识制造ECM（Environ-mentally Conscious Manufacturing）、面）、面向环境的制造向环境的制造MFE（Manufacturing For Environment）等。美国制造工程师协会）等。美国制造工程师协会（SME）于）于1996年发表了绿色制造的蓝皮书年发表了绿色制造的蓝皮书Green Manufacturing，系统地提出了，系统地提出了绿色制造的概念、内涵和主要内容。绿色制造的概念、内涵和主要内容。